JP3627355B2 - Scanning exposure equipment - Google Patents

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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャン式露光装置に関し、詳しくは、半導体リソグラフィ工程において、スキャン露光のための照明光学系を改良したスキャン露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体リソグラフィ工程において、ウエハに対する露光光を横長に拡大する方法にスキャン露光がある。
図７および図８は、半導体のリソグラフィ工程に使用される一般的なスキャン式露光装置の例を示している。
図７および図８において、符号１は光源、４はフライアイレンズ、１１はマスキングブレード、５はコンデンサレンズ、６はマスク（レチクル）、７は投影光学系、８はウエハである。
【０００３】
フライアイレンズ４は、一般に球面レンズを組み合わせたものが使用されている。
マスク６およびウエハ８は駆動装置（図示せず）により矢印の方向に走査されるようになっている。
光源１からの光はフライアイレンズ４で拡散され、マスキングブレード１１のスリット１１ａにより、コンデンサレンズ５への入射光を制限して細長い楕円形状９にし、かつ、この入射光をコンデンサレンズ５で平行光にしてマスク６上にパターン露光に必要な長楕円形の照射領域１０を形成し、この照明光束でマスク６のパターンを投影光学系８を通してウエハ８に投影する。
このようにスリット１１ａを通すことにより、露光装置光学系としての性能保証領域が、スリットの領域に限られ、ディストーションや像面等の収差をより低減できるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のスキャン式露光装置では、マスク６上に長楕円形の照射領域１０を形成するためにマスキングブレード１１のスリット１１ａを用いているため、スキャン露光には光源１からの光の一部しか利用されず、露光量が減少し、スループットの低下をもたらしている。
また、照明系に図示のような円形のコンデンサレンズ５を用いた場合、実際に露光に使用される楕円形状９の部分以外が無駄になっている。
しかもコンデンサレンズ５の素材である硝材に高価な石英や蛍石を使用した場合、コストアップになる。
本発明は上述の点に着目してなされたもので、マスキングブレードなしでマスク上にパターン形成に必要な分だけの略長方形の照射領域を形成でき、露光光の無駄をなくすと共に、ウエハ上での照度が増加し、露光時間の短縮ができるスキャン式露光装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、露光光源からの光をフライアイレンズを通してマスクに照射し、該マスクのパターンを投影光学系を介してウエハに投影し露光するスキャン式露光装置であって、前記フライアイレンズを、平面視形状が長方形の平凹レンズを互いに密接して二次元的に配列することにより構成し、該フライアイレンズにより前記マスク上に、パターン形成に必要な略長方形の照射領域を形成することを特徴とする。
本発明はまた、前記フライアイレンズと前記マスク間にコンデンサレンズが配置され、該コンデンサレンズは、前記ウエハの露光に必要な領域が最小限含まれる略長形状に形成したものである。
本発明はまた、前記フライアイレンズの焦点をコンデンサレンズの光入射側の焦点に一致させさたことを特徴とする。
本発明はまた、露光用光源としてエキシマレーザ光源を用い、該エキシマレーザ光源から振動ミラーを通して入射される光をビームエキスパンダにより平行光にして前記フライアイレンズに入射させることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、フライアイレンズからの光は、スリットを通すことなく直接コンデンサレンズに照射される。
フライアイレンズは断面長方形の平凹レンズを二次元的の配列したものであるから、フライアイレンズからの出射光は横長の細長い楕円状光束となり、露光に必要な領域だけに光を集めることができ、ウエハ上での単位面積当たりの光量が増加し、マスクパターンの露光時間が短縮される。
また、コンデンサレンズは、マスク上の照射領域と同じ程度の広さがあればよいので、コンデンサレンズの成形硝材を節減し得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１および図２において、図７および図８と同一の構成要素及び機能のものには同一符号を付して述べると、１は光源、１４はフライアイレンズ、１５はコンデンサレンズで、フライアイレンズ１４の出射光はコンデンサレンズ１５に直接入射され、従来のマスキングブレード１１は用いていない。
フライアイレンズ１４は、図３および図４に示すように平面視形状が長方形の平凹レンズＬを複数個互いに密接して二次元的に配列することにより構成されるものであり、その凹部側をコンデンサレンズ１５に向けて配置している。
【０００８】
コンデンサレンズ１５は、図１に示すように、略長形状の形成されている。
ここに、略長形状とは、細長い略長方形状、細長い略楕円形状、またはこの両者を組み合わせた形状のいずれであってもよい。
また、６はマスク、７は投影光学系、８はウエハである。
光源１からの光はフライアイレンズ１４に入射され、フライアイレンズ１４からコンデンサレンズ１５に入射される。
フライアイレンズ１４は平面視形状が長方形の平凹レンズＬを複数個互いに密接して二次元的に配列することにより構成されるものであるから、従来の球面レンズや凸レンズに比して光の発散角が小さくなり、しかも長方形であるから出射光も横長の細長い楕円形状１６の光束となる（図１参照）。
このように、フライアイレンズ１４からの出射光は、細長い楕円形状１６であるので、略長形状のコンデンサレンズ１５からはみ出すことがなく、全光束がコンデンサレンズ１５に入射される。
【０００９】
図６に示すように、光軸上におけるフライアイレンズ１４の焦点Ｆ４は、コンデンサレンズ１５の入射側の焦点Ｆ５と一致しており、これにより、コンデンサレンズ１５からの出射光でマスク６上に略長方形の照射領域１０を形成することができる。
また、コンデンサレンズ１５の出射側の焦点Ｆ５の位置にマスク６を配置すると、照射領域１０をより均一に照射することができる。
【００１０】
フライアイレンズ５からの出射光が、この略長方形の照射領域１０に近い領域となるように、フライアイレンズ５のコンデンサレンズ４からの距離を調整する（この状態で、Ｆ４とＦ５が一致している）。
マスク６の照射領域１０内のパターンが投影光学系７を介してウエハ８の長方形の露光領域１２内に投影され、露光される。
マスク６およびウエハ８は駆動装置（図示せず）により矢印の方向に走査されるようになっている。
【００１１】
図５は、光源１としてエキシマレーザを使用したスキャン式露光装置の実施の形態を示すものである。
２はレーザの干渉を防ぐための振動ミラー、３はビームエキスパンダであって、エキシマレーザ光源１から出射されたレーザビームは、ビームエキスパンダ３で平行光に変換され、フライアイレンズ１４に入射される。
スキャン式露光装置は図５に示す構成のものに限定されず、例えば、光源はエキシマレーザ光源のほか、ＹＡＧレーザ、アルゴンレーザでもよく、あるいはＨｇランプ等の紫外線光源でもよい。
本発明のスキャン式露光装置は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスのほか、ＣＣＤ等の撮像デバイス、液晶パネル（ＬＣＤ）、磁気ヘッド等の各種デバイスにも使用される。
【００１２】
以上のように、本実施の形態のスキャン式露光装置では、平面視形状が長方形の平凹レンズＬを複数個互いに密接して二次元的に配列することにより構成したフライアイレンズ１４を使用することにより、光の発散角を小さくすることができ、フライアイレンズ１４からの出射光は細長い楕円状光束となり、露光に必要な領域だけに光を集めることができる。
したがって、ウエハ８上での単位面積当たりの光量が増加し、マスクパターンの露光時間が短縮される。
また、フライアイレンズ１４を構成する平凹レンズＬの焦点とコンデンサレンズ１５の焦点を合致させることにより、マスク６上の照射領域に均一に照射することができる。
また、コンデンサレンズ１５は、マスク６上の照射領域と同じ程度の広さがあればよいので、コンデンサレンズ１５の成形硝材を節減することができる。
特に、今後遠赤外線領域で高価な石英または蛍石等の硝材を使用することが予想され、コスト低減の効果は大きい。
【００１３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、露光光源からの光をフライアイレンズを通してマスクに照射し、該マスクのパターンを投影光学系を介してウエハに投影し露光するスキャン式露光装置において、前記フライアイレンズを、平面視形状が長方形の平凹レンズを互いに密接して二次元的に配列することにより構成し、該フライアイレンズにより前記マスク上に、パターン形成に必要な略長方形の照射領域を形成したので、フライアイレンズの光の発散角を小さくすることができ、フライアイレンズからの出射光は細長い楕円状光束となり、露光に必要な領域だけに光を集めることができ、ウエハ上での単位面積当たりの光量が増加し、マスクパターンの露光時間を短縮できる。
また本発明によれば、前記フライアイレンズと前記マスク間に配置されたコンデンサレンズを、前記ウエハの露光に必要な領域が最小限含まれる略長形状に形成したので、コンデンサレンズ１５の成形硝材を節減することができる。
さらに本発明によれば、マスキングプレートを使用しないため、光源の光を無駄なく有効に利用することができ、露光量の無駄をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスキャン式露光装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１の要部の説明図である。
【図３】フライアイレンズの平面図である。
【図４】フライアイレンズの平凹レンズを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線断面である。
【図５】本発明のスキャン式露光装置の一実施の形態を示す概略側面図である。
【図６】図６の要部を拡大して示す側面図である。
【図７】従来のスキャン式露光装置の概略構成を示す斜視図である。
【図８】図７の要部の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源（エキシマレーザ）
２ 振動ミラー
３ ビームエキスパンダ
６ マスク
８ ウエハ
１０ 照射領域
１４ フライアイレンズ
１５ コンデンサレンズ
Ｌ 平凹レンズ
Ｆ４ フライアイレンズの焦点
Ｆ５ コンデンサレンズの焦点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning exposure apparatus, and more particularly to a scanning exposure apparatus in which an illumination optical system for scanning exposure is improved in a semiconductor lithography process.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor lithography process, there is scan exposure as a method for expanding exposure light on a wafer horizontally.
7 and 8 show an example of a general scanning exposure apparatus used in a semiconductor lithography process.
7 and 8, reference numeral 1 is a light source, 4 is a fly-eye lens, 11 is a masking blade, 5 is a condenser lens, 6 is a mask (reticle), 7 is a projection optical system, and 8 is a wafer.
[0003]
The fly-eye lens 4 is generally a combination of spherical lenses.
The mask 6 and the wafer 8 are scanned in the direction of the arrow by a driving device (not shown).
The light from the light source 1 is diffused by the fly-eye lens 4, and the slit 11 a of the masking blade 11 limits the incident light to the condenser lens 5 to have an elongated elliptical shape 9. The incident light is parallelized by the condenser lens 5. An oblong irradiation area 10 necessary for pattern exposure is formed on the mask 6 as light, and the pattern of the mask 6 is projected onto the wafer 8 through the projection optical system 8 with this illumination light beam.
By passing the slit 11a in this way, the performance guarantee area as the exposure apparatus optical system is limited to the slit area, and there is an advantage that aberrations such as distortion and image plane can be further reduced.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional scanning exposure apparatus as described above, the slit 11a of the masking blade 11 is used to form the oval irradiation region 10 on the mask 6, so that the scanning exposure from the light source 1 is performed. Only a part of the light is used, the exposure amount is reduced, and the throughput is reduced.
In addition, when the circular condenser lens 5 as shown in the figure is used for the illumination system, portions other than the elliptical shape 9 actually used for exposure are wasted.
In addition, when expensive quartz or fluorite is used for the glass material that is the material of the condenser lens 5, the cost increases.
The present invention has been made paying attention to the above points, and can form a substantially rectangular irradiation area as much as necessary for pattern formation on a mask without a masking blade, thereby eliminating the waste of exposure light and on the wafer. An object of the present invention is to provide a scanning exposure apparatus that can increase the illuminance of the light source and shorten the exposure time.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is a scanning exposure apparatus that irradiates a mask with light from an exposure light source through a fly-eye lens, and projects and exposes a pattern of the mask onto a wafer via a projection optical system. The fly-eye lens is configured by arranging two-dimensionally arranging plano-concave lenses having a rectangular shape in plan view in close contact with each other, and the fly-eye lens irradiates a substantially rectangular shape necessary for pattern formation on the mask. A region is formed.
In the present invention, a condenser lens is disposed between the fly-eye lens and the mask, and the condenser lens is formed in a substantially long shape including a minimum area necessary for exposure of the wafer.
The present invention is also characterized in that the focal point of the fly-eye lens coincides with the focal point on the light incident side of the condenser lens.
The present invention is also characterized in that an excimer laser light source is used as an exposure light source, and light incident from the excimer laser light source through a vibrating mirror is converted into parallel light by a beam expander and is incident on the fly-eye lens.
[0006]
In the present invention, the light from the fly-eye lens is directly applied to the condenser lens without passing through the slit.
The fly-eye lens is a two-dimensional array of plano-concave lenses with a rectangular cross section, so the light emitted from the fly-eye lens becomes a horizontally long and narrow elliptical light beam that can collect light only in the area required for exposure. The amount of light per unit area on the wafer increases and the mask pattern exposure time is shortened.
Further, since the condenser lens only needs to have the same size as the irradiation area on the mask, it is possible to save the molding glass material of the condenser lens.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
In FIG. 1 and FIG. 2, the same components and functions as those in FIG. 7 and FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and 1 is a light source, 14 is a fly-eye lens, 15 is a condenser lens, The light emitted from the lens 14 is directly incident on the condenser lens 15 and the conventional masking blade 11 is not used.
As shown in FIGS. 3 and 4, the fly-eye lens 14 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of plano-concave lenses L having a rectangular shape in plan view in close contact with each other. It is arranged toward the condenser lens 15.
[0008]
As shown in FIG. 1, the condenser lens 15 is formed in a substantially long shape.
Here, the substantially long shape may be any of an elongated substantially rectangular shape, an elongated substantially elliptical shape, or a combination of both.
Reference numeral 6 denotes a mask, 7 denotes a projection optical system, and 8 denotes a wafer.
Light from the light source 1 enters the fly-eye lens 14 and enters the condenser lens 15 from the fly-eye lens 14.
Since the fly-eye lens 14 is configured by arranging a plurality of plano-concave lenses L having a rectangular shape in plan view in close contact with each other in a two-dimensional arrangement, light divergence is achieved as compared with conventional spherical lenses and convex lenses. Since the corner is small and rectangular, the emitted light also becomes a light beam having a horizontally long and narrow elliptical shape 16 (see FIG. 1).
Thus, since the light emitted from the fly-eye lens 14 has a long and narrow elliptical shape 16, it does not protrude from the substantially long condenser lens 15, and the total luminous flux enters the condenser lens 15.
[0009]
As shown in FIG. 6, the focal point F4 of the fly-eye lens 14 on the optical axis coincides with the focal point F5 on the incident side of the condenser lens 15, so that the light emitted from the condenser lens 15 is incident on the mask 6. A substantially rectangular irradiation region 10 can be formed.
Further, if the mask 6 is disposed at the position of the focal point F5 on the exit side of the condenser lens 15, the irradiation region 10 can be irradiated more uniformly.
[0010]
The distance of the fly-eye lens 5 from the condenser lens 4 is adjusted so that the light emitted from the fly-eye lens 5 is close to the substantially rectangular irradiation area 10 (in this state, F4 and F5 coincide with each other). ing).
A pattern in the irradiation area 10 of the mask 6 is projected and exposed to a rectangular exposure area 12 of the wafer 8 through the projection optical system 7.
The mask 6 and the wafer 8 are scanned in the direction of the arrow by a driving device (not shown).
[0011]
FIG. 5 shows an embodiment of a scanning exposure apparatus using an excimer laser as the light source 1.
Reference numeral 2 denotes a vibrating mirror for preventing laser interference. Reference numeral 3 denotes a beam expander. The laser beam emitted from the excimer laser light source 1 is converted into parallel light by the beam expander 3 and enters the fly-eye lens 14. Is done.
The scanning exposure apparatus is not limited to the one shown in FIG. 5. For example, the light source may be an excimer laser light source, a YAG laser, an argon laser, or an ultraviolet light source such as an Hg lamp.
The scanning exposure apparatus of the present invention is used for various devices such as an imaging device such as a CCD, a liquid crystal panel (LCD), and a magnetic head in addition to a semiconductor device such as an IC and an LSI.
[0012]
As described above, the scanning exposure apparatus according to the present embodiment uses the fly-eye lens 14 configured by two-dimensionally arranging a plurality of plano-concave lenses L having a rectangular shape in plan view in close contact with each other. As a result, the divergence angle of the light can be reduced, and the light emitted from the fly-eye lens 14 becomes an elongated elliptical light beam, so that the light can be collected only in an area necessary for exposure.
Therefore, the amount of light per unit area on the wafer 8 increases, and the exposure time of the mask pattern is shortened.
Further, by matching the focal point of the plano-concave lens L constituting the fly-eye lens 14 with the focal point of the condenser lens 15, the irradiation region on the mask 6 can be irradiated uniformly.
Further, since the condenser lens 15 only needs to have the same size as the irradiation area on the mask 6, the glass material for the condenser lens 15 can be saved.
In particular, it is expected that expensive glass materials such as quartz or fluorite will be used in the far infrared region, and the effect of cost reduction is great.
[0013]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a scanning exposure apparatus that irradiates a mask with light from an exposure light source through a fly-eye lens and projects the pattern of the mask onto a wafer via a projection optical system. The fly-eye lens is configured by two-dimensionally arranging plano-concave lenses having a rectangular shape in plan view in close contact with each other, and the fly-eye lens has a substantially rectangular shape necessary for pattern formation on the mask. Since the irradiation area is formed, the light divergence angle of the fly-eye lens can be reduced, the light emitted from the fly-eye lens becomes an elongated elliptical light beam, and the light can be collected only in the area necessary for exposure, The amount of light per unit area on the wafer increases, and the mask pattern exposure time can be shortened.
Further, according to the present invention, the condenser lens disposed between the fly-eye lens and the mask is formed into a substantially long shape including a minimum area necessary for exposure of the wafer. Can be saved.
Furthermore, according to the present invention, since no masking plate is used, the light from the light source can be used effectively without any waste, and the waste of the exposure amount can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a scanning exposure apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a main part of FIG.
FIG. 3 is a plan view of a fly-eye lens.
4A and 4B show plano-concave lenses of a fly-eye lens, in which FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line bb in FIG. 4A, and FIG. It is.
FIG. 5 is a schematic side view showing an embodiment of a scanning exposure apparatus of the present invention.
6 is an enlarged side view showing a main part of FIG. 6. FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional scanning exposure apparatus.
8 is an explanatory diagram of a main part of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Light source (excimer laser)
2 Vibrating mirror 3 Beam expander 6 Mask 8 Wafer 10 Irradiation area 14 Fly eye lens 15 Condenser lens L Plano-concave lens F4 Focus of fly eye lens F5 Focus of condenser lens

Claims (4)

露光光源からの光をフライアイレンズを通してマスクに照射し、該マスクのパターンを投影光学系を介してウエハに投影し露光するスキャン式露光装置であって、
前記フライアイレンズを、平面視形状が長方形の平凹レンズを互いに密接して二次元的に配列することにより構成し、該フライアイレンズにより前記マスク上に、パターン形成に必要な略長方形の照射領域を形成する、
ことを特徴とするスキャン式露光装置。A scanning exposure apparatus that irradiates a mask with light from an exposure light source through a fly-eye lens, and projects and exposes a pattern of the mask onto a wafer through a projection optical system,
The fly-eye lens is configured by two-dimensionally arranging plano-concave lenses having a rectangular shape in plan view in close contact with each other, and the substantially rectangular irradiation area necessary for pattern formation on the mask by the fly-eye lens. Forming,
A scanning exposure apparatus characterized by that. 前記フライアイレンズと前記マスク間にコンデンサレンズが配置され、該コンデンサレンズは、前記ウエハの露光に必要な領域が最小限含まれる略長形状に形成されている請求項１記載の半導体露光装置。The semiconductor exposure apparatus according to claim 1, wherein a condenser lens is disposed between the fly-eye lens and the mask, and the condenser lens is formed in a substantially long shape including a minimum area necessary for exposure of the wafer. 前記フライアイレンズの焦点をコンデンサレンズの光入射側の焦点に一致させさたことを特徴とする請求項１または２記載のスキャン式露光装置。3. A scanning exposure apparatus according to claim 1, wherein the focal point of the fly-eye lens is made coincident with the focal point on the light incident side of the condenser lens. 露光用光源としてエキシマレーザ光源を用い、該エキシマレーザ光源から振動ミラーを通して入射される光をビームエキスパンダにより平行光にして前記フライアイレンズに入射させることを特徴とする請求項１、２または３記載のスキャン式露光装置。4. An excimer laser light source is used as an exposure light source, and light incident from the excimer laser light source through a vibrating mirror is converted into parallel light by a beam expander and incident on the fly-eye lens. The scanning exposure apparatus described.
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